Etude numérique du refroidissement de la maille élémentaire d’un milieu poreux homogène traversé par une suspension de microparticules à changement de phase

Le développement de systèmes de stockage thermique réversibles destinés à l’aménagement urbain suscite depuis quelques années un intérêt croissant. L’une des solutions techniques envisagées exploiterait un écoulement de fluide porteur de microcapsules contenant un matériau à changement de phase (mPCM) circulant dans une couche poreuse intégrée à la structure urbaine.

La compréhension des mécanismes physiques prenant place au sein de ce fluide et du solide qui l’environne, incomplète à ce jour, nécessite l’étude des différentes échelles du problème, et notamment celle du pore, souvent difficilement accessible à la mesure expérimentale et objet de nombreux travaux numériques.

La présente étude s’intéresse au comportement thermique d’un pore élémentaire représentatif d’un milieu poreux homogène initialement chaud traversé par des mPCM insérés à l’état solide à l’entrée du pore. L’étude vise à déterminer les températures moyennes atteintes par les trois phases (paroi solide, fluide et capsules) en régime permanent, ainsi que la fraction solide moyenne des microcapsules à la sortie du pore. Le transport des capsules dans le fluide est résolu au moyen de la méthode Boltzmann sur réseau, et les collisions entre particules et avec la paroi solide sont modélisées par éléments discrets (Discrete Element Methods). La fusion des capsules est modélisée par un algorithme simplifié mettant en rapport l’évolution de la température moyenne et de la fraction liquide moyenne de chaque capsule avec la chaleur qu’elle échange avec son environnement.

Les résultats obtenus permettent une meilleure compréhension des relations entre les températures des trois phases et peuvent servir à l’élaboration d’un modèle moins détaillé destiné à l’échelle métrique.

Work In Progress